авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Лазерно-локационные исследования метеорных следов и внутренних гравитационных волн

-- [ Страница 2 ] --

Лазерно-локационные измерения параметров атмосферы в астрономической обсерватории ДТОО «Астрофизический институт им. В.Г.Фесенкова» в Ассах проводились в течение 7 лет с 1984 до 1992 года. Атмосфера зондировалась в ночное время, всего было использовано около 200 ночей с ясным, звёздным небом. За это время получено около 3000 профилей атмосферы, преимущественно вертикального зондирования. Из них были отобраны по теме диссертации, наиболее качественные и интересные профили (всего около 400), которые были обработаны и проанализированы. Каждый профиль, в свою очередь, состоял из 1,5 – 10 тысяч импульсов лазера, в зависимости от времени накопления профиля (от 1 до 10 минут).

Метеорные следы были обнаружены в четырёх сериях лазерного зондирования стратосферы, мезосферы и мезопаузы с общим количеством профилей принятого локационного сигнала в зависимости от высоты – 146, а общая продолжительность этих серий 8 часов. Здесь использовалось вертикальное и наклонное зондирование, с временем накопления принятого локационного сигнала 3, 5, 10 минут.

Для исследования метеорных следов необходимо было разработать методику зондирования метеорных следов, связанную с тем, что эти следы имеют сравнительно небольшую толщину и быстро исчезают с поля зрения телескопа лидара. В результате предложен способ измерения возмущений в атмосфере имеющих небольшую толщину и существующих короткое время (метеорные следы, ударные волны и т.д.). Основная идея способа заключалась в том, что оптическую ось излучения лазерного локатора совмещают, по возможности, с продольной осью симметрии метеорного следа (или другой неоднородности). В этом случае возникает максимальное по энергии взаимодействие излучения лазера с метеорным следом, что позволяет фиксировать регистратором приемника локатора наивысший уровень принятого сигнала.

Для применения рассмотренного способа необходимо учесть то обстоятельство, что метеоры имеют большую горизонтальную составляющую скорости и соответственно уменьшенную - вертикальную. Поэтому для реализации этого способа измерений необходимо было использовать наклонное зондирование, что и было осуществлено. Зенитный угол телескопа лидара изменялся от 0 до 60 градусов. Кроме этого, зная время измерений, можно по астрономическому каталогу определить метеорный поток, его координаты и характеристики, а также к какой комете он относится.

Измерения проводились только в ясные ночи, измерялся объёмный коэффициент обратного рассеяния () на высотах от 30 до 90 км. Как уже отмечалось выше, этот коэффициент зависит, прежде всего, от концентрации аэрозольных частиц и плотности газовой составляющей атмосферы. Поэтому интерес представляют, в первую очередь, эти составляющие в метеорных следах. Очевидно, что концентрация аэрозольных частиц в метеорном следе резко возрастает по сравнению с окружающей средой из-за процессов испарения, дробления, горения метеорной частицы и последующей конденсации в метеорном следе. В результате величина должна также резко возрастать в метеорных следах, образуя соответствующие пики на графиках. В подтверждение сказанному на рисунке 1 представлены уникальные данные по одновременным измерениям двух метеорных следов на высоте 36,8 км и на высоте 73,1 км, полученные с помощью лазерного локатора ( = 532 нм). Здесь H – высота над уровнем моря в километрах; - на высотах выше 30 км, объёмный коэффициент обратного рассеяния в логарифмической форме. Измерения были выполнены 1 ноября 1988 года с 1 часа 37 минут до 1 часа 42 минут местного времени, зенитный угол лидара 10 градусов.

По времени измерений и по дате был определён метеорный поток, который в это время проходила атмосфера Земли. Этот поток относится к главным метеорным потокам под названием – Тауриды. Это жёлто-оранжевые сравнительно медленные метеоры (геоцентрическая скорость метеоров – 30 км/с), которые движутся по орбите кометы Энке. Максимум метеорного потока приходится на начало ноября, часовое число равно 10. Подобным образом были обнаружены и измерены параметры более двух десятков метеорных следов. Это позволило получить статистические данные об исследуемом объекте.

Анализ данных показывает, что объёмный коэффициент обратного рассеяния увеличивался наиболее часто в 10 – 25 раз (минимальное значение – 5 раз, максимальное – 56 раз) при измерении метеорных следов лазерным локатором в сравнении с окружающей метеорный след средой. Этот результат находится в согласии с данными США. Там для исследования метеорных следов использовался лидар с длиной волны излучения 589 нм. При этом концентрация натрия в метеорном следе в первом случае возросла в 12 раз, а во втором в 43 раза.

Проведённые в диссертации исследования показали, что наиболее часто метеорные следы были обнаружены в диапазоне высот от 56 до 62 км – 9 случаев из 24. Самый низкий метеорный след был зафиксирован на высоте 21,1 км, а самый высокий – на высоте 81,4 км над уровнем моря. Результаты измерений метеорных следов согласуются также с известными фактами, что высоты исчезновения метеоров группируются вокруг двух уровней, расположенных на высотах 70 и 48 км, а на высоте 55 км крайне редко исчезают метеоры.

 Лазерно-локационные измерения метеорных следов Два метеора обнаружено-16

Рисунок 1 - Лазерно-локационные измерения метеорных следов

Два метеора обнаружено на уровне серебристых облаков (81,4 км) 31.10.88 в 21 час 15 минут и в 23 часа 31 минуту. Усиление сигнала от метеорного следа примерно в 20 раз соответствует увеличению концентрации аэрозольных частиц в этих следах не менее чем в 20 раз. Для самых низких метеорных следов расположенных на высотах от 21 до 37 км наблюдалось обычно 10 кратное увеличение сигнала. Высотное разрешение лидара и наклонное зондирование позволили оценить толщину метеорных следов, она составила 100 – 300 метров.

В третьем разделе сделаны следующие выводы.

1. Разработан новый лазерно-локационный способ обнаружения и измерения быстро исчезающих неоднородностей, имеющих небольшие поперечные размеры. Этот способ может эффективно применяться для исследования метеорных следов в стратосфере и мезосфере.

2. Впервые на основе лазерно-локационных измерений метеорных следов в стратосфере и мезосфере выявлены их характерные параметры (высота, толщина, относительная концентрация аэрозоля, и др.).

В четвёртом разделе представлены лазерно-локационные исследования внутренних гравитационных волн.

Ранее отмечалось, что ключевым параметром внутренних гравитационных волн является плотность локального объема атмосферных газов. При прохождении ВГВ через атмосферу её плотность меняется периодически в фиксированной точке пространства со временем. Периодическое изменение плотности атмосферы происходит и в пространстве (как по горизонтали, так и по вертикали) в фиксированный момент времени.

 Интегральный объёмный коэффициент обратного рассеяния (, фотоэлектроны)-17

Рисунок 2 - Интегральный объёмный коэффициент обратного рассеяния (, фотоэлектроны) как функция времени (Т, минуты)

На рисунке 2 представлено изменение со временем интегрального значения объемного коэффициента обратного рассеяния, относящегося к слою атмосферы в 17,1 километра, расположенного в нижней стратосфере (12, 6 км - 29,7 км). Калибровка проводилась по 900 метровому слою, расположенному на высотах от 12,57 до 13,47 км. Использовалась серия (51 профиль), относящаяся к 31 октября 1988 года. На рисунке 2 приведено сглаженное среднее по 9 точкам (36 минут). Колебания объемного коэффициента обратного рассеяния () от почти 20 километрового слоя атмосферы характеризуют, в конечном счете, синхронные колебания плотности основной массы стратосферы. Причем для более мощных слоев атмосферы (протяженных по высоте) эти колебания более отчетливы. На рисунке 2 можно заметить по сглаженной кривой, что в течение 80 – 90 минут плотность основной массы стратосферы постоянно уменьшалась, а затем – в течение 60 – 80 минут увеличивалась. Таким образом, периоды этих колебаний 2 – 3 часа. Амплитуда колебаний плотности атмосферы () около 1,5 %. Несмотря на то, что конкретная величина указанных периодов глобальных колебаний атмосферы является спорной, сам факт таких колебаний является экспериментально доказанным.

Этот результат согласуется с данными лазерного зондирования, полученными в работе французских исследователей, где период внутренних гравитационных волн на высоте 56 км, в километровом слое, составил 2,5 – 3,0 часа и объяснялся влиянием лунных приливов. Примерно этого же периода волны были обнаружены у поверхности Земли (колебания давления атмосферного воздуха), в тропосфере (периодические изменения концентрации аэрозоля на фиксированной высоте), в мезопаузе (периодические колебания концентрации атомов натрия на фиксированной высоте).

Перспективы совершенствования исследований этих волн в атмосфере лежат, по мнению автора, в проведении синхронных экспериментов по лазерному зондированию атмосферы с целью получения максимально достоверной оценки присутствия в атмосфере синхронных, устойчивых колебаний атмосферы, особенно совпадающих по фазе колебаний. Обнаружение подобных колебаний в результате эксперимента проведенного одновременно в разных точках Земли будет указывать на важное, особенно в теоретическом плане, явление сферически – симметричного периодического сжатия – расширения атмосферы Земли. Физические причины подобного явления могут иметь самый разный характер, однако, несомненно, его фундаментальное, с точки зрения физики атмосферы, значение.

По результатам, изложенным в четвёртом разделе, сделаны следующие выводы.

1. Реализовано применение объёмного коэффициента обратного рассеяния в качестве основного, периодически изменяющегося, параметра среды, характеризующего внутренние гравитационные волны, где аэрозольная составляющая коэффициента использовалась для повышения чувствительности и надёжности метода.

2. Реализован новый лазерно-локационный способ обнаружения и измерения внутренней гравитационной волны, характеризующей синхронное движение основной массы стратосферы.

3. Впервые с помощью лазерного локатора измерена внутренняя гравитационная волна, характеризующая синхронное колебание основной массы стратосферы с амплитудой около 1,5 % (по плотности) и периодом 2 - 3 часа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены следующие основные результаты:

1. Проведена оценка влияния на качество измерений одного из важнейших параметров лазерного зондирования атмосферы - её прозрачности, которая определяется качеством астроклимата (большая высота над уровнем моря; холодный, сухой, чистый воздух, пониженный уровень турбулентности атмосферы) в месте проведения измерений лазерным локатором. Использование этого фактора позволило получить принятый сигнал существенно лучшего качества по сравнению с сигналом полученным в других условиях.

2. Использование приёмной оптики самого высокого уровня, что воплощено в астрономических телескопах, позволило значительно увеличить надёжность и достоверность полученных измерений.

3. Разработан новый лазерно-локационный способ обнаружения и измерения быстро исчезающих неоднородностей, имеющих небольшие поперечные размеры. Этот способ может эффективно применяться для исследования метеорных следов в стратосфере и мезосфере.

4. Впервые на основе лазерно-локационных измерений метеорных следов в стратосфере и мезосфере выявлены их характерные параметры (высота, толщина, относительная концентрация аэрозоля, и др.).

5.Реализовано применение объёмного коэффициента обратного рассеяния в качестве основного, периодически изменяющегося, параметра среды, характеризующего внутренние гравитационные волны, где аэрозольная составляющая коэффициента использовалась для повышения чувствительности и надёжности метода.

6. Разработан новый лазерно-локационный способ обнаружения и измерения внутренней гравитационной волны, характеризующей синхронное движение основной массы стратосферы.

7.Впервые с помощью лазерного локатора измерена внутренняя гравитационная волна, характеризующая синхронное колебание основной массы стратосферы с амплитудой около 1,5 % (по плотности) и периодом 2 - 3 часа.

Оценка полноты решения поставленных задач. Поставленная цель работы достигнута, задачи исследования решены в полном объёме.

Оценка научного уровня выполненной работы. В работе впервые представлены метеорные следы в стратосфере и мезосфере обнаруженные и измеренные с помощью лазерного локатора; представлены внутренние гравитационные волны, проявляющиеся в синхронном движении основной массы стратосферы также обнаруженные и измеренные с помощью лазерного локатора.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Ляджин В.А., Ташенов Б.Т., Филиппов В.А. Лидарные наблюдения волновых структур в верхней атмосфере. // Тезисы докл. V Всес. совещания по исследованию динамических процессов в верхней атмосфере Земли. – Обнинск: Институт экспериментальной метеорологии, 1985. – С. 104.

2 Ляджин В.А., Филиппов В.А. Решение лидарного уравнения применительно к волновым процессам в средней атмосфере. // Волновые возмущения в ионосфере: сб. науч. тр. Института ионосферы. - Алма- Ата, 1987. – С. 117 – 120.

3 Ляджин В.А., Ташенов Б.Т., Филиппов В.А. Обратное рассеяние лазерного излучения в стратосфере и мезосфере. // Тезисы докл. XV Всес. конф. по распространению радиоволн. – М.: Наука, 1987. – С. 357.

4 Ляджин В.А., Ташенов Б.Т., Филиппов В.А. Лидарные наблюдения волновых структур в верхней атмосфере. // Исследование динамических процессов в верхней атмосфере: сб. статей V Всес. совещания. – М.: Гидрометеоиздат, 1988. - С. 206 – 209.

5 Ляджин В.А., Филиппов В.А. Изменение параметров ВГВ в стратосфере и мезосфере. // Низкочастотный волновод «Земля – ионосфера»: сб. науч. тр. Ленинградского университета и Института ионосферы. - Алма –Ата, 1991. - С. 59 – 61.

6 Ляджин В.А., Ташенов Б.Т., Филиппов В.А. К вопросу о лидарном обнаружении волновых структур в средней атмосфере. // Динамика ионосферы. Часть 2: сб. науч. тр. Института ионосферы. - Алма – Ата, 1991. - С. 24 – 30.

7 А.С. 1789949. СССР. Способ измерения оптических характеристик атмосферы. / В.А. Филиппов; опубл. 23.01.93, Бюл. №3. – 3с: ил.

8 А.С. 1812536. СССР. Способ определения характеристик ударной волны в атмосфере./ В.А. Филиппов; опубл. 30.04.93, Бюл. №16. – 2с: ил.

9 Филиппов В.А., Ляджин В.А. Лидарные измерения характеристик метеорных следов. // Материалы Международной конф. «Актуальные проблемы математики и математического моделирования экологических систем». – Алматы: Институт космических исследований, 1996. - С. 76 – 77.

10 Ташенов Б.Т., Филиппов В.А., Ляджин В.А., Филиппов Р.В. Лидарные измерения объемного коэффициента обратного рассеяния над Северным Тянь – Шанем. //Материалы VII Международного симпозиума «Оптика атмосферы и океана». - Томск: Институт оптики атмосферы, 2000. – С. 103.

11 Ташенов Б. Т., Филиппов В. А., Ляджин В. А., Филиппов Р. В. Лидарные измерения характеристик метеорных следов.// Материалы VII Международного симпозиума «Оптика атмосферы и океана». - Томск: Институт оптики атмосферы, 2000. - С. 92.

12 Филиппов В.А., Ляджин В.А., Филиппов Р.В. Лидарные измерения объемного коэффициента обратного рассеяния над Северным Тянь-Шанем.\\ Известия МОН РК, НАН РК. Серия физико-математическая. - 2000. №4. - С. 26-29.

13 Ташенов Б.Т., Филиппов В.А., Филиппов Р.В. Лидарные измерения временных вариаций объемного коэффициента обратного рассеяния. // Тезисы докл. Международной научно – практической конференции «Суверенный Казахстан: 10 – летний путь развития космических исследований». - Алматы: Институт космических исследований, 2001. - С.104.

14 Tashenov B.T., Filippov V.A., Filippov R.V. Lidar measurements of time variations of the volumetric backscattering coefficient. // Symposium Proceedings. VIII Joint International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics». – Tomsk: IAO, 2001. - P. 170.

15 Ташенов Б.Т., Филиппов В.А., Филиппов Р.В. Лидарные измерения временных вариаций объёмного коэффициента обратного рассеяния. //Доклады Национальной академии наук РК. - 2001. № 6. - С. 32 – 36.

16 Ташенов Б. Т., Филиппов В. А., Филиппов Р. В. Лидарные наблюдения метеорных следов. // Материалы III Международного симпозиума «Контроль и реабилитация окружающей среды». - Томск: Институт оптического мониторинга, 2002.- С. 53 – 54.

17 Tashenov B.T., Filippov V.A., Filippov R.V. Lidar measurements of time variations of density of atmosphere. // Symposium Proceedings. IX Joint International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics». - Tomsk: IAO, 2002. - P.126.

18 Tashenov B.T., Filippov V.A., Filippov R.V. Lidar measurements of density variations of the atmosphere at fixed altitudes. // Abstracts. X Joint Internationl Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics». - Tomsk: IAO, 2003. - P. 154.

19 Ташенов Б.Т., Филиппов В.А., Филиппов Р.В. Лидарные измерения метеорных следов. // Известия НАН РК. Серия физико – математическая. – 2004. № 4. - С. 84 –87.

20 Tashenov B.T., Filippov V.A., Filippov R.V. Lidar measurements of meteor traces parameters. //Abstracts. XI Joint International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics».-Tomsk: IAO, 2004. -P.168.

21 Ташенов Б.Т., Филиппов В.А. Вертикальная структура стратосферы и мезосферы по данным лидарных измерений. // Известия НАН РК. Серия физико – математическая. – 2005. № 4. - С. 63 –66.

22 Tashenov B.T., Filippov V.A., Filippov R.V. Vertical structure of stratosphere and mesosphere by data of lidar measurements. // Abstracts. XII Joint International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics».- Tomsk: IAO, 2005. - P.123.

23 Tashenov B.T., Filippov V.A., Filippov R.V. Experiments for investigation of synchronous oscillations of atmosphere. // Abstracts. XII Joint International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics».- Tomsk: IAO, 2005. - P.172.

24. Omarov T.B., Filippov V.A., Filippov R.V. Lidar study of smooth gravitational waves in thick layers of atmosphere // Abstracts. XV Joint International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics».- Tomsk: IAO, 2008. - P.167.

25. Омаров Т.Б., Филиппов В.А., Филиппов Р.В. Лазерно-локационные исследования метеорных следов в стратосфере и мезосфере. //Материалы ХVI Международного симпозиума «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». – Томск, Иркутск: Институт оптики атмосферы, Институт солнечно-земной физики. - 2009. - С. 391 - 393.

26. Филиппов В.А. Лазерно-локационные исследования метеорных возмущений в стратосфере и мезосфере. // Известия НАН РК. Серия физико – математическая. – 2009. № 4. - С. 125 – 128.

SUMMARY

Dissertation describes investigations of internal gravitational waves and meteor traces at heights of stratosphere and mesosphere.

The aim of the work was:

  1. Observation of meteor traces and measurements of their characteristics.
  2. Observation of internal gravitational waves (IGW) and measurements of their parameters.

This aim was achieved by laser location measurements at wavelength of laser – 532 nm.

As a periodically changing parameter of IGW and main characteristic of meteor traces volumetric backscattering coefficient was used, that was determined by processing of a received lidar signal.

The most attention was paid to the conditions of atmospheric sounding at astrophysical observatory situated in mountain region that provided significant advantages for investigations of stratosphere and mesosphere.

The following conclusions were found:



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.